线性规划在高考中常见题型及解法

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  线性规划是教材中的新增内容,纵观近几年的高考试题,线性规划的试题多以选择题、填空题出现,但部分省市已出现大题,分值有逐年加大的趋势。简单线性规划正在成为一个高考热点。认真分析研究近年各地高考试卷,可以发现这部分高考题大致有以下几种类型。
  一、求线性目标函数的最值及取值范围
  例1、[2014.全国卷Ⅱ]设x,y满足约束
  条件,则z=2x-y的最大值为( )
  A. 10 B. 8 C. 3 D. 2
  【解析】画出区域,可知区域为三角形,经比较斜率,可知目标函数z=2x-y在两条直线x-3y+1=0与x+y-7=0的交点(5,2)处,取得最大值z=8。故选B。
  点评:本题主要考查线性规划求最值, 同时考查学生的作图能力,数形结合思想及运算求解能力,关键由线性约束条件画出可行域,然后求出目标函数的最大值,是高考常考题型。
  变式:设x,y满足约束条件:,则z=x-2y的取值范围 。
  点评:求线性规划目标函数的取值范围,从而转化为线性规划目标函数求最值问题。
  二、求约束条件中参数的取值
  例2、[2013.全国卷Ⅱ]已知a>0,x,y满足约
  束条件若z=2x+y的最小值为1,则a=( )。
  A. B. C.1 D.2
  【解析】:由题意作出所表示的区域如图阴影部分所示,作直线2x+y=1,因为直线2x+y=1,与直线x=1的交点坐标为(1,-1),结合题意知直线过点(1,-1),代入得,所以。故选:B
  点评:本题是线性规划的综合应用,解决这类问题的关键是利用树形结合的思想方法,给目标函数赋予一定的几何意义。
  变式:在约束条件下,当3≤s≤5时,目标函数z=3x+2y的最大值的变化范围是( )
  A.[6,15] B. [7,15] C. [6,8 ] D.[7,8]
  【解析】:画出可行域如图所示,当3≤s<4时,目标函数z=3x+2y在B(4-s,2s-4)处取得最大值, 即zmax=3(4-s)+2(2s-4)=s+4∈[7,8);
  当4≤s≤5时, 目标函数z=3x+2y在点E(0,4)处取得最大值,
  即zmax=3×0+2×4=8,故z∈[7,8],从而选D。
  点评:本题设计有新意,作出可行域,寻求最优解条件,然后转化为目标函数Z关于S的函数关系是求解的关键。
  三、目标函数含参数求最值
  例3、[2013年.浙江高考]设z=kx+y,其中实数x,y满足
  若z的最大值为12,则实数k= 2 。
  【解析】:已知不等式组可表示成如图的可行域:
  (1)当时,直线y=kx+z经过点M(4,4)时z最大,所以4k+4=12,得k=2(舍去);
  (2)当时,直线y=-kx+z经过点N(2,3)时z最大,
  所以2k+3=12,解得 (舍去);
  (3)当-k<0时,直线y=-kx+z经过点M(4,4)时z最大,所以4k+4=12,解得k=2,符合条件,
  综上可得:k=2
  点评:本题设计有新意,作出可行域,目标函数的最大值转化直线y=-kx+z截距的最大值问题,关键讨论斜率情况判断出最优解的点是求解的关键。
  变式:记不等式组,所表示的平面区域为D。若直线y=a(x+3)与D有公共点,则求a的最大值 。
  【解析】画出可行域如图所示,直线y=a(x+3)恒过点(-3,0),而a的几何意义是直线的斜率,求a的最大值转化为在平面区域D找一点与(-3,0)的连线斜率的最大值。
  点评:作出可行域,关键是了解直线恒过定点而a的几何意义是直线的斜率。
  四、求可行域的面积
  不等式组表示的平面区域的面积为( )
  A.4 B.1 C.5 D.无穷大
  【解析】如图,作出可行域,△ABC的面积即为所求,由梯形OMBC的面积减去梯形OMAC的面积即可,故选:B
  点评: 求可行域的面积的求解关键是准确作出可行域,再求解面积。
  五、求非线性目标函数的最值及取值范围
  例4、[2014.青岛质检]设变量x,y满足约束条件:,则目标函数的最小值为 。
  【解析】如图,只要画出满足约束条件的可行域,而目标函数的几何意义是区域内的点与点p(0,-1)连线的斜率。显然图中AP的斜率最小,由解得点A的坐标为(2,1),故目标函数的最小值1. 答案:1
  例5、已知x,y满足以下约束条件则z=x2+y2的最大值和最小值分别是( )
  A、13 ,1 B、13 ,2 C、13, D、,
  【解析】:如图,只要画出满足约束条件的可行域,而x2+y2表示可行域内一点到原点的距离的平方。由图易知A(2,3)是满足条件的最优解,即|AO|2=13。最小值为原点到直线2x+y-2=0的距离的平方,即为,故选C
  点评:解决非线性规划最优解问题。求解关键是在挖掘目标关系几何意义的前提下,作出可行域,寻求最优解。
  (作者单位:贵州省遵义市余庆县余庆中学)
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